運(yùn)放單電源供電.pdf

《運(yùn)放單電源供電.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、運(yùn)算放大器篇-第四章運(yùn)放單電源供電第四章運(yùn)放單電源供電經(jīng)典的運(yùn)算放大器供電電路一般都采用正負(fù)電源對(duì)稱的雙電源供電，而這種架構(gòu)需要同時(shí)提供兩個(gè)電源。在現(xiàn)在電池供電設(shè)備、便攜產(chǎn)品越來(lái)越流行的今天，對(duì)單電源供電運(yùn)放的需求越來(lái)越多，因此，為了使用方便，很多運(yùn)放放大器都支持單電源供電結(jié)構(gòu)。但很多設(shè)計(jì)者并不是非常清楚如何正確的使用單電源供電，本章通過(guò)仿真，對(duì)幾種常用單電源供電電路進(jìn)行分析，介紹運(yùn)放的單電源供電設(shè)計(jì)技巧和注意事項(xiàng)。4.1單電源運(yùn)放從運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)上講，運(yùn)放在工作時(shí)無(wú)法分清自己是被雙電源供電，還是單電源供電。任何運(yùn)放的兩個(gè)電源端，只要滿足有足夠的壓差，運(yùn)放就可以工作。不存在單電源專

2、用運(yùn)放，或者雙電源專用運(yùn)放。所有的運(yùn)放放大器都有兩個(gè)電源引腳，分別標(biāo)示為+VCC和-VCC(或-VEE)，常見(jiàn)的雙電源供電是由一個(gè)正電源和一個(gè)電壓絕對(duì)值相等的負(fù)電源組成，通常為±15V、±12V或±5V，此時(shí)輸入和輸出都是相對(duì)于GND進(jìn)行計(jì)算，圖1所示為典型雙電源運(yùn)放供電電路。單電源供電的運(yùn)算放大器，是由一個(gè)正電源和GND組成，當(dāng)使用單電源供電運(yùn)放調(diào)理雙極性信號(hào)時(shí)，必須為其提供“直流偏置電壓”，使得輸出電壓以一個(gè)正確的電平（通常為+VCC/2，或后端ADC滿量程輸入的1/2）為中心擺動(dòng)，一方面是使得輸入的負(fù)電壓能夠被正確的輸出，另一方面可以獲得最大的動(dòng)態(tài)范圍。4.2單電源運(yùn)放電路的

3、基本偏置方法單電源供電根據(jù)提供偏置不同的方法，可以分成交流耦合和直流耦合兩種。交流耦42合方式在信號(hào)輸入端加入耦合電容，隔離直流信號(hào)，僅對(duì)交流信號(hào)起到放大作用。交流耦合要考慮到信號(hào)的頻率，這是因?yàn)殡娙軨的阻抗為1/jwc，對(duì)于高頻信號(hào)w較大只需要一個(gè)較小的C耦合即可達(dá)到低串聯(lián)阻抗。而對(duì)于低頻信號(hào)則需要較大的C，C的容值跟體積是相關(guān)的，也就意味著低頻時(shí)用交流耦合需要很大體積的電容，這在某些應(yīng)用場(chǎng)合是不合適的。接下來(lái)讓我們看看如何正確的選擇參考電壓，使得產(chǎn)生正確的輸出。分析參考電壓時(shí)主要用到疊加原理，將信號(hào)和參考看做兩個(gè)信號(hào)源，利用疊加原理將兩者經(jīng)過(guò)運(yùn)放后的結(jié)果相加。參考電壓的選擇主要

4、考慮兩個(gè)因素：1、使輸出信號(hào)的Vpp最大，充分利用運(yùn)放的輸出能力。2、根據(jù)后級(jí)的直流電平要求來(lái)設(shè)計(jì)，確保本級(jí)的直流輸出能滿足后級(jí)輸入。使Vpp最大時(shí)，參考電壓的選取跟運(yùn)放輸出范圍直接相關(guān)，由于運(yùn)放的輸出不都是軌到軌的，所以不能都按輸出直流在VCC/2來(lái)設(shè)定。應(yīng)該按照輸出直流分量在（Voutmax-Voutmin）/2位置來(lái)選擇參考的電壓，這樣才能保證輸出的Vpp最大。使本級(jí)的直流輸出能滿足后級(jí)輸入時(shí)，從要求的輸出直流分量反推出參考電壓即可。例如運(yùn)放作為ADC的輸入緩沖時(shí)，由于某些型號(hào)的ADC對(duì)輸入的共模電壓（直流分量）有要求（例如1.8V或者1.5V），選擇參考電壓時(shí)就要使運(yùn)放的輸

5、出直流分量滿足ADC的共模電壓。1、直流耦合型（輸入信號(hào)不帶DC分量）我們首先來(lái)看一個(gè)雙電源供電的例子，同過(guò)TINA仿真，其輸入輸出信號(hào)如下圖所示。圖中可以看到當(dāng)輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，經(jīng)過(guò)反相放大，輸入輸出信號(hào)均以系統(tǒng)地0地位作為中心，正負(fù)半周進(jìn)行波動(dòng)。T1.00InputOutput500.00m0.00Axislabel-500.00m-1.000.005.00m10.00m15.00m20.00m如果此時(shí)我們將上圖的雙電源的負(fù)電壓直接改成GND，輸入相同的信號(hào)，我們會(huì)看到如下圖所示的輸入輸出波形，可以看到由于只有正電源供電，輸出信號(hào)的負(fù)半周無(wú)法被輸出，為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以

6、在輸入端加入一定的直流偏置，從而將整個(gè)輸出電壓抬高。43運(yùn)算放大器篇-第四章運(yùn)放單電源供電T1.00InputOutput500.00m0.00Axislabel-500.00m-1.000.005.00m10.00m15.00m20.00m通過(guò)正確的直流偏置，可以使得單電源供電的放大器輸出能夠在以VCC/2為中心，得到較好的動(dòng)態(tài)范圍。T4.00Output3.002.00Axislabel1.00Input0.00-1.000.0010.00m20.00m30.00m40.00m50.00m根據(jù)上圖和疊加定理，我們得到：因?yàn)檫@里R2=R1，整理得到：為了使輸出信號(hào)在VCC/2=2

7、.5V上擺動(dòng)，可以求得VREF=1.25V。輸入輸出信號(hào)波形圖如上圖右圖所示。經(jīng)過(guò)正確偏置的輸出信號(hào)能以2.5V為中心，從而得到了最大的輸出擺幅。2、直流耦合型（輸入信號(hào)帶有DC分量）上面我們介紹了輸入信號(hào)不帶直流分量的單電源供電的應(yīng)用，下面我們?cè)賮?lái)看下當(dāng)輸入信號(hào)中帶有直流分量的情況。如下圖所示：T4.00VinVout3.00Axislabel2.001.000.0010.00m20.00m30.00m40.00m50.00m44比如用于兩級(jí)放大，前級(jí)輸出的VDC=